Vol.3 No.4 2010

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研研究論文:単結晶ダイヤモンド･ウェハの開発(茶谷原ほか)−278−Synthesiology Vol.3 No.4(2010)ズマCVD法を用いて合成可能であることを実証した。また、ダイレクトウェハ化技術は、多結晶を用いて2インチサイズまで可能であることを示した。今後1~2年内に2インチモザイク結晶の試作を予定している。ウェハとしての実用性の検証はまさに進行中であるが、少なくとも超高圧基板に替えて利用可能なことは既に示されている[60]。さらに高品質化するためには、転位密度の低減が必要で、エピ成長の前処理などが重要だと認識している。光学用途向けに、可視域に窒素に関連した吸収があり問題となる場合、窒素添加なしで成長すると透明にできるが、現状では10μm/時以下の成長速度となる。工具向けのCVD多結晶ダイヤモンドコーティングが広く実用化されているように、CVDプロセス自体のコストが特別高額になることはなく、今後CVDダイヤモンドの量産化が行われれば、数ミリ単結晶は入手し易く、1 cm以上も利用可能となる。目安として高温高圧合成の場合、Ib 型1 cm角の単結晶ダイヤモンド板の価格が100~200万円だとすると、CVDの場合は一桁下がる。これは量産化の規模や企業戦略によって左右され、また整形など合成以外の費用も考慮する必要はある。ダイヤモンドの場合、半導体以外の需要が既に存在しているため、現段階の製造技術でもコストに優れるCVD合成品へ移行すると予想される。本稿で紹介した単結晶ダイヤモンド製造技術に基づいた産総研ベンチャー[61]が設立され、サンプル提供を行っている。ダイヤモンド半導体製造が実現すれば大きな需要が見込め、その結果、さらに入手しやすくなる単結晶ダイヤモンドを利用した新たな用途が期待される。参考文献角谷 均, 戸田直大, 佐藤周一: 高品質大型ダイヤモンド単結晶の開発, SEIテクニカルレビュー 166, 7-12 (2005).犬塚直夫, 澤邊厚仁:ダイヤモンド薄膜, 産業図書 (1987).N. Fujimori: Materials Science and Technology, edited by R.W. Cahn et al., p.344, VCH Verlagsgesellschaft mbH (1996).P.K. Bachmann and W.V. Enckevort: Diamond deposition technologies, Diamond Related Mater., 1, 1021-1034 (1992).S.T. Lee et al.: CVD diamond films: Nucleation and growth, Mater. Sci. Eng., R25, 123-154 (1999).八田章光ほか:プラズマCVD 法による高品質ダイヤモンドの合成, プラズマ・核融合学会誌, 76 (9), 833-841 (2000).K.E. Spear: Diamond – ceramic coating of the future, J. Am. Ceram. Soc., 72 (2), 171-191 (1989).T. Teraji: Chemical vapor deposition of homoepitaxial diamond films, Phys. Stat. Sol. (a), 203 (13), 3324-3357 (2006).B.V. Spitsyn et al.: Origin, state of the art and some prospects of the diamond CVD, Brazilian J. Phys., 30 (3), 471-481 (2000).L.K. Bigelow and M.P. D’Evelyn: Role of surface and interface science in chemical vapor deposition diamond technology, Surf. Sci., 500, 986-1004 (2002).S. Matsumoto: Development of diamond synthesis [1][2][3][4][5][6][7][8][9][10][11]techniques at low pressures, Thin Solid Films, 368, 231-236 (2000).H. Kawarada: Hydrogen-terminated diamond surfaces and interfaces, Surf. Sci. Rep., 26 (7), 205-259 (1996).K. Kobashi: Diamond films, Elsevier (2005).S. Matsumoto, Y. Sato, M. Kamo and N. Setaka: Growth of diamond particles from methane-hydrogen gas, J. Mater. Sci., 17, 3106-3112 (1982).M. Kamo, Y. Sato, S. Matsumoto and N. Setaka: Diamond synthesis from gas phase in microwave plasma, J. Cryst. Growth, 62, 642-644 (1983).C-S. Yan et al.: Ultrahard diamond single crystals from chemical vapor deposition, Phys. Stat. Sol. (a), 201, R25-R27 (2004).S. Kumar et al.: Survival of diamond at 2200 °C in hydrogen, Diamond Related Mater., 5, 1246-1248 (1996).J.D. Hunn et al.: Fabrication of single-crystal diamond microcomponents, Appl. Phys. Lett., 65(24), 3072-3074 (1994).P.K. Bachmann et al.: Towards a general concept of diamond chemical vapour deposition, Diamond Related Mater., 1, 1-12 (1991).S. Yugo et al.: Generation of diamond nuclei by electric field in plasma chemical vapor deposition, Appl. Phys. Lett., 58, 1036-1038 (1991).八田章光: マイクロ波プラズマの技術, 電気学会・マイクロ波プラズマ調査専門委員会編, オーム社 (2003).A. Chayahara et al.: The effect of nitrogen addition during high-rate homoepitaxial growth of diamond by microwave plasma CVD, Diamond Related Mater., 13, 1954-1958 (2004).Y. Mokuno et al.: Synthesizing single-crystal diamond by repetition of high rate homoepitaxial growth by microwave plasma CVD, Diamond Related Mater., 14, 1743-1746 (2005).H. Yamada et al.: Modeling and numerical analyses of microwave plasmas for optimizations of a reactor design and its operating conditions, Diamond Related Mater., 14, 1776-1779 (2005).Y. Mokuno et al.: High rate homoepitaxial growth of diamond by microwave plasma CVD with nitrogen addition, Diamond Related Mater., 15, 455-459 (2006).S. Dunst et al.: Growth rate enhancement by nitrogen in diamond chemical vapor deposition-a catalytic effect, Appl. Phys. Lett., 94, 224101 (2009).C. Wild et al.: Oriented CVD diamond films: twin formation, structure and morphology, Diamond Related Mater., 3, 373-381 (1944).F. Silva et al.: 3D crystal growth model for understanding the role of plasma pre-treatment on CVD diamond crystal shape, Phys. Stat. Sol. (a), 203 (12), 3049-3055 (2006).N. Tokuda et al.: Hillock-free heavily boron-doped homoepitaxial diamond films on misoriented (001) substrates, Jpn. J. Appl. Phys., 46 (4A), 1469-1470 (2007).T. Bauer et al.: High growth rate homoepitaxial diamond deposition on off-axis substrates, Diamond Related Mater., 14, 266-271 (2005).D. Nakamura et al.: Ultrahigh-quality silicon carbide single crystals, Nature, 430, 1009-1012 (2004).Y. Mokuno, A. Chayahara and H. Yamada: Synthesis of large single crystal diamond plates by high rate homoepitaxial growth using microwave plasma CVD and lift-off process, Diamond Related Mater., 17, 415-418 (2008).[12][13][14][15][16][17][18][19][20][21][22][23][24][25][26][27][28][29][30][31][32]

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